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Principios de mecánica cuántica




Enviado por Pablo Turmero



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    1.- Propiedades generales del núcleo atómico. 2.-
    Energía de enlace y estabilidad. 3.- Estructura nuclear:
    modelo de gota de agua y modelo de capas. 4.- Radiactividad. 5.-
    Razón de decaimiento, vida media. 6.- Reacciones
    nucleares, fisión y fusión. 3.- Estructura nuclear:
    modelo de gota de agua y modelo de capas.

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    Las energías de enlace nuclear se incrementan como
    función de A, llegan a un máximo con el nucleo de
    Fe ( Hierro , y decrece a partir de ahí. 3.- Estructura
    nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Se puede hacer un modelo del núcleo que reproduzca de
    alguna manera la Energía de enlaces que se muestra en la
    figura ? Sí, se puede. 1.- Se modela al núcleo como
    si fuere Una gota de agua ( densidad uniforme) 2.- Se
    añade al modelo términos propios De la
    mecánica cuantica. Hacer una solución rigurosa del
    problema de energía de enlace, ab initio Es extremadamente
    difícil, pues la fuerza nuclear es compleja e involucra La
    interacción de varis cuerpos ( no hay solución
    analítica aún para 3 cuerpos!!)

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Los términos semiempíricos que se añaden al
    modelo son: 1.- Un término proporcional al volumen (
    interacción individual nucleón Nucleon) 2. Los
    nucleones de la superficie no contribuyen de igual manera que los
    internos, por lo que se resta un término proporcional al
    área De una esfera:

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    3.- A la fuerza atractiva de los nulceos se opone la fuerza de
    repulsión Coulombiana entre los protones, que ya vimos que
    contribuye con una energía Del orden de: 4.- Se incluye un
    término de asimetría: Por el principio de pauli, si
    se tiene Igual número de protones que neutrones, estos se
    aparearan con espines Opuestos. Si hay un exceso de neutrones ( o
    protones) el exceso se Acomodará en niveles de
    energía superiores ( protones y neutrones son
    Fermiones)

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    4.- Se incluye un término de asimetría: Por el
    principio de pauli, si se tiene Igual número de protones
    que neutrones, estos se aparearan con espines Opuestos. Si hay un
    exceso de neutrones ( o protones) el exceso se Acomodará
    en niveles de energía superiores ( protones y neutrones
    son Fermiones) Esto contribuye con un término del tipo
    Espaciamiento entre niveles Inverso proporcional al volumen, En
    un apartícula confinada.

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Término de apareamiento: Experimentalmente se sabe que dos
    protones y dos neutrones Se acoplan más fuertemente que un
    neutrón y un protón. Para representar esto Se
    incorpora un término al modelo de la gota de la siguiente
    forma: Este término no hace nada si Z=N, Suma un
    término si Z y N son ambos Pares y resta si Z y N son
    impares. (término de Bohr-Mottelson Finalmente, el
    Frankeinstein luce como sigue:

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    De medir energías de enlace nucleares experimentalmente Se
    determió que: Fórmula de energías de enlace
    de Weizsaecker-Bethe

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    ¿qué tan bien funciona el modelo?

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    La energía de enlace calculada es 696.1 MeV y la medida es
    694.2 MeV

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    A pesar de que ( sorprendentemente ) el modelo de la gota predice
    de manera muy Satisactoria la energía de enlace nuclear de
    varios nucleos, se descubrió una Discrepancia importante
    para algunos valores de Z y N: Veamos esto con más
    detalle. Diferencia entre la fórmula de Weizsaecker-Bethe
    con la realidad

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Se aprecia que existen enelemtos que tienen energías de
    enlace anormalmente Altas, para ciertos números de
    neutrones. A estos números se les llamó
    números mágicos, pues representan casos Que se
    salen de la norma.

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de
    capas.

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    La explicación de la razón de estos números
    mágicos corrió a cargo, principalmente De Eugene
    Paul Wigner, Maria Goeppert-Mayer and J. Hans D. Jensen Los
    cuales compartieron el `premio nobel de 1963 por su modelo
    nuclear, Denominado Modelo de Capas. La parte principal del
    argumento, es notar que, en los átomos, los números
    Atómicos correspondientes a los gases nobles crea atomos
    muy estables ( De energía de enlace muy alta) Estos
    números son el resultado ( lo sabemos bien) del llenado de
    capas completas De orbitales atómicos

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de
    capas.

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    El modelo de capas predijo de manera satisfactoria los
    números mágicos Nucleares. El modelo consta,
    escencialmente de: 1.- Una aproximación simple del
    potencial nuclear, aproximada Por el oscilador armónico
    cuántico (-kX2)en 3 D. Modelos más complejos
    incluyen potenciales más elaborados, com o El conocido
    como “potencial de Woods Saxon”) 2.- Un
    término de interacción Espín Órbita
    L-S

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Los eigenvalores E(k,l)de un oscilador armónico
    isotrópico En 3D son: 1.. El momento angular l es un
    número entero y no está limitado Por n, como en el
    caso atómico De la fórmula anterior es claro que (
    pruebenlo, 3 mins) que los estados Posibles que podemos construir
    con valores crecientes de cuantos Vibracionales N =2k+l son: N=0
    1s, N=1 1p,N=2 ( 2s 1d), N=3 (2p, 1f), N=4(3s, 2d, 1g), N=5(3p,
    2f, 1h)

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    N=0 1s, N=1 1p,N=2 ( 2s 1d), N=3 (2p, 1f), N=4(3s, 2d, 1g),
    N=5(3p, 2f, 1h) Aplicando el principio de pauli , se puden
    acomodar los siguientes números De protones y neutrones en
    cada nivel: N=0 1s, N=1 1p,N=2 ( 2s 1d), N=3 (2p, 1f), N=4(3s,
    2d, 1g), N=5(3p, 2f, 1h) 2 6 12 20 30 42 Totales 2 8 20 40 70
    112

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Totales 2 8 20 40 70 112 Mágicos 2 8 20 28 50 82 El modelo
    de oscilador armónico isotrópico y 3D solamente
    reproduce 3 números mágicos..mmmmh! Marie Goeppert-
    Mayer, bajo la sugerencia de enrico Fermi añadió un
    término A la energía del núcleo,
    proporcional al producto interno l.s (Termino LS que ya vieron en
    atómos)

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    3.- Estructura nuclear: modelo de gota de agua y modelo de capas.
    Para nucleones, el espin es ½, por lo que el termino de
    energía Extra que se puede obtener es:

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    Incluyendo el modelo que incluye un término de
    espin-orbita Y aplicando el principio de Pauli, Goeppert
    –Mayer replicó Los numeros mágicos Si no me
    creen, reproduzcan el chart de a la izquierda Incluyendo 2
    niveles más por cada j.

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    Sin embargo, a diferencia del término ls atómico,
    el término Ls nuclear puede ser del orden de magnitud o
    mayor que el Término principal N.

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